趙順 張坤 趙萬(wàn)生

摘 要：隨著3 D打印技術(shù)迅猛發(fā)展，已在建筑、航天、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域取得豐碩成果，受到世界各國(guó)高度重視。3D打印在國(guó)防領(lǐng)域的發(fā)展將對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生重要影響，將成為推動(dòng)軍事工業(yè)供應(yīng)鏈條變革的重要力量。

關(guān)鍵詞：3D 打印技術(shù);裝備維修保障;應(yīng)用

1 3D打印技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)

3D打印又稱增材制造，是通過(guò)復(fù)層疊加方式來(lái)制造零件的，首先利用計(jì)算的程序?qū)χ萍哪Ｐ瓦M(jìn)行分層處理，然后控制機(jī)器逐層地堆積切片材料，周而復(fù)始，將切片薄層堆積成體塊件，獲得三維實(shí)體零件。目前，比較常見(jiàn)的 3D 打印技術(shù)主要有立體印刷、激光選區(qū)燒結(jié)、激光選區(qū)熔融、三維焊接、熔融沉積成型等。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于裝備維修保障領(lǐng)域，與傳統(tǒng)保障模式相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：①通過(guò)實(shí)體模型即能打印出零件，無(wú)需配備或囤積大量備份零部件;②不受復(fù)雜形狀的限制，解決了傳統(tǒng)保障模式制造困難、周期長(zhǎng)等問(wèn)題;③精確快速保障，能為戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急保障節(jié)省大量人力物力和時(shí)間成本。

2重塑裝備維修供應(yīng)方式

3D打印具有快速、精確、訂制化、浪費(fèi)少等優(yōu)點(diǎn)，在裝備維修領(lǐng)域3D打印技術(shù)可用于裝備維修備件和工具的快速制造，打破空間、時(shí)間和地域的限制，為軍事后裝保障領(lǐng)域帶來(lái)根本性改變。

一是加工簡(jiǎn)化，速度驚人。傳統(tǒng)制造工序多而繁雜，工作量大，周期長(zhǎng)。3D打印不僅工序簡(jiǎn)化，制造過(guò)程更是一氣呵成，能夠?qū)崿F(xiàn)武器裝備快速搶修。比如，飛機(jī)前端的雙曲面造型主風(fēng)擋窗框的生產(chǎn)，即使技術(shù)先進(jìn)的飛機(jī)制造公司，傳統(tǒng)制造至少要花費(fèi)兩年時(shí)間，而3D打印卻只需55天，生產(chǎn)周期縮短了12倍。2017年7月，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與海軍顛覆性技術(shù)實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)出美軍首個(gè)采用3D打印技術(shù)制造的潛艇艇體。該潛艇艇體結(jié)構(gòu)由一種碳纖維復(fù)合材料制成，艇體長(zhǎng)約9.14米，采用大面積3D打印技術(shù)制造而成。從概念到組裝，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)不到4周，這對(duì)于未來(lái)潛艇的制造具有重要意義，大幅縮短了制造時(shí)間。美國(guó)海軍計(jì)劃2019年打造第二個(gè)3D打印船體，并將進(jìn)行水下測(cè)試。

二是工序減少，成本節(jié)省。傳統(tǒng)制造工藝復(fù)雜，每道工序要有熟練工人操作，耗費(fèi)大量工時(shí)不說(shuō)，原材料浪費(fèi)也十分驚人。通用電氣公司采用3D打印技術(shù)制造發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金零件，使每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)成本節(jié)省了2.5萬(wàn)美元。美國(guó)生產(chǎn)一架F-22戰(zhàn)機(jī)，鈦合金的利用率只有5%。如果是3D打印，材料“按需配給”，原材料利用率可達(dá)90%以上，還省去了制模、鑄造、組裝等復(fù)雜的工序，節(jié)省大量人力物力，成本降到最低。美國(guó)RLM工業(yè)公司利用3D打印技術(shù)制造“愛(ài)國(guó)者”防空系統(tǒng)齒輪組件，其制造成本由原來(lái)采用傳統(tǒng)制造工藝的2-4萬(wàn)美元降低到1250美元。

三是無(wú)需特殊場(chǎng)地，排除空間限制。在位置偏遠(yuǎn)的高寒山地地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施很少的地方，部分裝備損壞后，維修所需的配件無(wú)法及時(shí)得到補(bǔ)給，影響受損裝備的修復(fù)速度。3D打印技術(shù)只要有裝備的設(shè)計(jì)圖紙、合適的打印材料以及先進(jìn)的打印設(shè)備，士兵可以在戰(zhàn)場(chǎng)上按需生產(chǎn)作戰(zhàn)物資，真正實(shí)現(xiàn)后裝保障“前置化”。美軍兩次向阿富汗部署了可移動(dòng)的3D打印方倉(cāng)，可以將鋁、塑料和鋼材等材料現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)加工成所需零部件，包括單兵防護(hù)裝備和武器零部件。荷蘭國(guó)防部也開(kāi)發(fā)了“AMCOD——國(guó)防增材制造集裝箱”，標(biāo)配CAD工作站和INTAMSYS FUNMAT系列3D打印設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)無(wú)翹曲3D打印，雙噴頭液冷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)500度的高溫打印。同時(shí)，AMCOD里配備了空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備和UPS，以防止發(fā)電機(jī)峰值負(fù)載波動(dòng)對(duì)3D打印機(jī)造成干擾。通過(guò)這種方式，在世界各地執(zhí)行任務(wù)的荷蘭海軍陸戰(zhàn)隊(duì)不再依賴于復(fù)雜的后勤供應(yīng)線。

四是善于復(fù)雜制造，按需打印。傳統(tǒng)制造對(duì)于曲線、凹槽、凸起、鏤空等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，需要高精尖設(shè)備和技術(shù)，而3D打印一個(gè)極其復(fù)雜的特殊產(chǎn)品和打印一個(gè)長(zhǎng)方體一樣簡(jiǎn)單。特別適合打印單件或小批量生產(chǎn)，做到隨要隨打，按需生產(chǎn)。由于3D打印的過(guò)程與零部件的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，是真正的自由制造，這是傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的。這一特點(diǎn)格外適合制造復(fù)雜的鈦合金結(jié)構(gòu)部件、具有復(fù)雜內(nèi)部冷卻通道的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的坦克裝甲等武器關(guān)鍵零部件，這會(huì)極大地降低復(fù)雜武器裝備部件的生產(chǎn)成本。

3 3D打印技術(shù)在國(guó)防的應(yīng)用前景展望

3D打印雖然具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但其發(fā)展受獨(dú)立制造技術(shù)、可選材料的限制，導(dǎo)致打印的產(chǎn)品種類有限，服務(wù)于國(guó)防還不夠廣泛，需要更成熟的技術(shù)支持。

一是軍民融合，提高技術(shù)水平。許多大型武器裝備部分零件是以3D打印技術(shù)制造而成的，這一技術(shù)具有周期短、成本低、省材料、無(wú)需鍛造、無(wú)需模具等優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)革命性技術(shù)，但因技術(shù)、人才、資金、材料等不足，它還不是一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，很難替代傳統(tǒng)的鑄造、液壓等技術(shù)，還不具備在裝備保障中普遍全面推廣的程度。因此，我們應(yīng)進(jìn)一步深化軍民融合路子，建設(shè)3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，建立常態(tài)化交流合作機(jī)制，促進(jìn)資源共享和互惠互利;建立產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的合作交流，強(qiáng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專利及創(chuàng)新體系的建設(shè)，提升產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力;開(kāi)展前瞻性研究和技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，破解技術(shù)發(fā)展中的各種難題，促進(jìn)3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，為廣泛應(yīng)用于裝備保障中打下基礎(chǔ)。

二是實(shí)踐探索，掌握關(guān)鍵技術(shù)。軍事裝備具有特殊性，軍工企業(yè)要立足部隊(duì)列裝的武器裝備，建立完善材料研發(fā)平臺(tái)，以聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料、鈦合金等為重點(diǎn)，研發(fā)生產(chǎn)3D打印材料，培育擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料生產(chǎn)技術(shù)，滿足我軍未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)裝備保障所需的3D打印材料;針對(duì)部隊(duì)現(xiàn)有的高新尖端武器裝備，建設(shè)核心部件和裝備研發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)高精度成型工藝核心部件，研發(fā)硬件控制技術(shù)與開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)、3D打印及后處理設(shè)備的集成技術(shù)，加快我軍3D打印技術(shù)在信息領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，確保關(guān)鍵核心部件和裝備的集聚發(fā)展;針對(duì)信息化條件下武器裝備種類多樣、形狀各異、性價(jià)比高等特點(diǎn)，建設(shè)3D建模研發(fā)平臺(tái)，研發(fā)3D模型獲取、3D建模技術(shù)與工程仿真、3D打印過(guò)程控制等關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)3D打印數(shù)字化建模系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新應(yīng)用，搶占未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中3D技術(shù)的制高點(diǎn)。

三是形成體系，強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前，3D打印技術(shù)的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)建立起來(lái)，具體的發(fā)展綱要或規(guī)劃也尚未出臺(tái)，市場(chǎng)成熟度不夠，競(jìng)爭(zhēng)力比較脆弱。盡管各地政府和軍工企業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)極為重視，競(jìng)相發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，以致分散發(fā)展，無(wú)法使3D打印產(chǎn)業(yè)形成聚力發(fā)展的態(tài)勢(shì)。因此，3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需進(jìn)行頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，。推動(dòng)我國(guó)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變，帶動(dòng)我軍傳統(tǒng)裝備保障模式向新型裝備保障模式轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力整體躍升。

3D打印盡管受到相關(guān)技術(shù)和打印材料的制約，但它作為一種革命性的制造方法，已在軍事領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，成為推進(jìn)軍事變革的新生力量。